Mức độ nguy hiểmnhư thế nào thì chúng ta có thể nhìn thấy được ví dụ như gây ung thư da, phổi, thận, cậthoặc có thể gây chết người,… Từ đó con người đã bắt đầu nghiên cứu và sử dụng rấtn
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀ
Ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là Asen trong đất, đang trở thành vấn đề nghiêm trọng tại nhiều nơi trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam, với các tác hại nghiêm trọng như ung thư và tử vong Để xử lý ô nhiễm này, nhiều phương pháp như rửa đất, cố định hóa chất ô nhiễm, và đào đất đã được áp dụng, nhưng đều yêu cầu công nghệ phức tạp và chi phí cao Gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu khả năng hấp thụ và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, đặc biệt là các cây "siêu tích lũy" như Dương Xỉ P.calomelanos và P.vittata Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí và dễ thực hiện mà còn thân thiện với môi trường, phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, nơi nông nghiệp phát triển mạnh mẽ.
Ý NGHĨA VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
TỔNG QUAN VỀ ASEN
Asen (ký hiệu As, số nguyên tử 33) là một nguyên tố hóa học lần đầu tiên được Albertus Magnus ghi nhận vào năm 1250, với khối lượng nguyên tử là 74,92 Đây là nguyên tố phổ biến thứ 20 trên bề mặt trái đất, với hàm lượng trung bình từ 1,5-2mg/kg đất Asen là một á kim nổi tiếng gây ngộ độc và có nhiều dạng thù hình, bao gồm màu vàng, đen và xám Trong tự nhiên, ba dạng kim loại của Asen với cấu trúc tinh thể khác nhau được tìm thấy, cùng với hàng trăm loại khoáng vật liên quan Asen và các hợp chất của nó được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, như thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ và trong các hợp kim.
Trạng thái ôxi hóa phổ biến của Asen bao gồm -3, +3 và +5 Trong đó, -3 thường xuất hiện trong các hợp chất liên kim loại như hợp kim, +3 liên quan đến Asenat (III) và các hợp chất hữu cơ, trong khi +5 là trạng thái ổn định của các hợp chất vô cơ chứa ôxy Ngoài ra, Asen cũng có khả năng tự liên kết, tạo thành các cặp As-.
Sulfua đỏ hùng hoàng (α-As4S4) và các ion As4 3- vuông là thành phần chính trong khoáng cobalt asenua, được gọi là skutterudit Ở trạng thái ôxi hóa +3, tính chất hóa học của asen bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của cặp electron không liên kết.
Tính chất vật lý: Asen không gây mùi khó chịu trong nước (cả khi ở hàm lượng có thể gây chết người ), khó phân hủy
Asen có tính chất hóa học tương tự như phốtpho, tạo ra các ôxít kết tinh không màu và không mùi như As2O3 và As2O5, có khả năng hút ẩm và hòa tan trong nước tạo thành dung dịch axít Axít asenic (V) là một axít yếu, giống như axít phốtphoric Asen cũng tạo ra hiđrua khí không ổn định, arsin (AsH3), và có thể thay thế phốtpho trong các phản ứng hóa sinh, dẫn đến ngộ độc Tuy nhiên, ở liều thấp, các hợp chất asen hòa tan có thể hoạt động như chất kích thích và đã được sử dụng làm thuốc chữa bệnh vào giữa thế kỷ 18.
Khi bị nung nóng trong không khí, asen bị ôxi hóa tạo ra triôxít asen, phát ra hơi có mùi giống như tỏi Mùi này cũng có thể được phát hiện khi đập các khoáng vật asenua như asenopyrit Asen và một số hợp chất của nó thăng hoa khi nung nóng ở áp suất tiêu chuẩn, chuyển trực tiếp thành khí mà không qua trạng thái lỏng; trạng thái lỏng chỉ xuất hiện ở áp suất 20 átmôtphe trở lên, giải thích cho việc điểm nóng chảy cao hơn điểm sôi Asen nguyên tố có nhiều dạng thù hình rắn: dạng màu vàng mềm, dẻo như sáp và không ổn định, tương tự như các phân tử phốtpho trắng, trong khi các dạng màu đen, xám hay 'kim loại' có cấu trúc tinh thể với các liên kết trải rộng khắp Dạng màu vàng có tỷ trọng riêng 1,97 g/cm³, trong khi dạng 'asen xám' nặng hơn với tỷ trọng 5,73 g/cm³; các dạng á kim khác có tỷ trọng tương tự.
Asen là một nguyên tố tự nhiên có mặt trong nhiều loại khoáng vật như Realgar (As4S4), Orpoment (As2S3), Asenolite (As2O3) và Asenopyrite (FeAsS), với tổng cộng khoảng 368 dạng Trong nước, asen thường tồn tại dưới dạng ion Asen hoặc Asenate (AsO33-, AsO43-) Ngoài ra, asen cũng có mặt trong không khí, đất, thực phẩm và có khả năng xâm nhập vào cơ thể con người Trong ngành công nghiệp, asen được sử dụng trong luyện kim, xử lý quặng, sản xuất thuốc bảo vệ thực vật và thuộc da.
2.TỔNG QUAN VỀ VAI TRÒ & TÁC HẠI CỦA ASEN
Asen là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cho sự phát triển của con người và sinh vật, đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất nuclein, cũng như trong việc tổng hợp protit và hemoglobin.
Asen là một nguyên tố quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm hóa chất, phân bón (như lân-phốt phát và đạm-nitơ), thuốc bảo vệ thực vật, sản xuất giấy và dệt nhuộm.
Nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ngành xi măng và nhiệt điện, phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, công nghệ đốt chất thải rắn cũng góp phần làm ô nhiễm không khí và nước, đặc biệt là do sự hiện diện của Asen.
Trong nông nghiệp, asenat hidro chì từng được sử dụng phổ biến trong thế kỷ 20 làm thuốc trừ sâu cho cây ăn quả, nhưng việc này đã gây ra tổn thương não cho những người phun thuốc Đến nửa cuối thế kỷ 20, asenat methyl monnatri (MSMA), một hợp chất hữu cơ ít độc hại hơn, đã thay thế asenat hidro chì trong lĩnh vực nông nghiệp.
Hình 1: Ứng dụng Asen trong nông nghiệp
(Nguồn:https://www.google.com.vn/search?q=b%C3%A1nh+k%E1%BA
%B9o&biw93&bihS0&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved hUKEwjavaHcs-
Ứng dụng asenat đồng crom hóa (CCA) trong xử lý gỗ đang gây ra nhiều lo ngại trong cộng đồng Mặc dù gỗ xẻ được xử lý bằng CCA vẫn còn phổ biến ở nhiều quốc gia, nhưng nó đã được sử dụng rộng rãi trong nửa cuối thế kỷ 20 như là vật liệu kết cấu và xây dựng ngoài trời.
Việc sử dụng gỗ xẻ xử lý bằng CCA được áp dụng khi côn trùng có khả năng phá hoại cao Tuy nhiên, nhiều khu vực đã cấm sử dụng loại gỗ này do nguy cơ Asen rò rỉ vào đất Một mối nguy hiểm khác là việc đốt gỗ cũ đã xử lý bằng CCA, vì tro từ việc đốt này có thể gây tử vong cho động vật và ngộ độc nghiêm trọng cho con người, với liều gây tử vong khoảng 20 gam.
Trong đời sống: Asenat đồng, được sử dụng trong thế kỷ 19 như là tác nhân tạo màu trong các loại bánh kẹo ngọt.
Hình 2: Sử dụng Asen để tạo màu bánh kẹo
(Nguồn:https://www.google.com.vn/search?q=b%C3%A1nh+k%E1%BA
%B9o&biw93&bihS0&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved hUKEwjavaHcs-
2.2.1.Nguồn góc ô nhiễm Asen trong đất
Asen là một nguyên tố quan trọng có mặt trong nhiều loại hóa chất, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hóa chất, phân bón (lân - photphat, đạm - nitơ), thuốc bảo vệ thực vật, giấy và dệt nhuộm Mỗi năm, thế giới tiêu thụ khoảng 12.000 tấn asen để làm khô bông vải và 16.000 tấn asen để bảo quản gỗ.
Hình 3: Asen trong nước có sử dụng dư thuốc trừ sâu
(https://www.google.com.vn/search? q=ung+dung+asen+trong+xu+ly+go&biw93&bihI0&tbm=isch&source=lnms&sa=X&ved hUKEwiT84_khMvPAhUMsI8KHVp3
C1kQ_AUICCgD#tbm=isch&q=asen+trong+su+dung+du+thuoc+tru+sau )
Nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất xi măng, nhiệt điện và công nghệ đốt chất thải rắn, sử dụng nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến ô nhiễm môi trường xung quanh do sự phát thải Asen.
Ngành công nghiệp khai thác và chế biến quặng, đặc biệt là quặng sunfua, góp phần tạo ra ô nhiễm arsen Việc khai thác tại các mỏ nguyên sinh đã làm lộ ra các quặng sunfua, dẫn đến gia tăng quá trình phong hóa và bào mòn, từ đó tạo ra lượng lớn đất đá thải có chứa arsenopyrit xung quanh khu vực mỏ.
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ ASEN BẰNG THỰC VẬT (CÂY DƯƠNG XỈ) ( Theo nghiên cứu, báo cáo tiến sĩ của cô B.T.K.Anh)
( Theo nghiên cứu, báo cáo tiến sĩ của cô B.T.K.Anh)
Asen không chỉ mang lại lợi ích trong nông nghiệp và công nghiệp mà còn có tính độc hại cao, gây ra những hậu quả nghiêm trọng Nghiên cứu về kỹ thuật xử lý ô nhiễm bằng thực vật đã phát hiện nhiều loài thực vật có khả năng hút As từ đất, như cỏ Agrostis capillaris L và Agrostis tenerrima Trin với khả năng tích lũy As lần lượt là 100 và 1000, cùng với dương xỉ Pteris vittata và cây gỗ nhỏ Sarcosphaera coronaria có khả năng tích lũy lên tới 27000.
Nghiên cứu cho thấy dương xỉ có khả năng chống chịu và tích lũy arsen (As) cao, với mức sinh khối khô đạt 7000 mg/kg Trong số các loài thực vật siêu tích lũy As, Pteris vittata nổi bật như một loài tiêu biểu Ngoài Pteris vittata, một số loài dương xỉ khác cũng được chú ý vì khả năng tích lũy As, bao gồm Pteris nervosa, Pteris cretica, P longifolia, P umbrosa, P argyraea, P quadriaurita, P ryiunkensis và P biaurita.
Sau khi chọn hai loài Dương xỉ P.vittata và P.calomelanos, điều quan trọng là tạo điều kiện tốt nhất cho chúng phát triển nhằm tối ưu hóa khả năng hấp thu Asen Cần bổ sung các chất dinh dưỡng như N, P, K và trồng chúng phù hợp với từng loại đất, bao gồm độ phì nhiêu và pH Đây là phần trọng tâm của bài báo cáo này.
3.1 Nghiên cứu khả năng tích lũy và chống chịu As trong đất của hai loài dương xỉ ( Theo nghiên cứu, báo cáo tiến sĩ của cô B.T.K.Anh)
Hình 3.1 P vittata sau 4 tháng đ ược trồ ng ở đ ấ t bổ sung 11 nồ ng đ ộ As khác nhau
Hình3.2 P. calomelanos sau 4 tháng đ ược trồ ng trong đ ấ t có bổ sung As khác nhau
Sau 4 tháng thí nghiệm, P.vittata có khả năng chống chịu với đất có bổ sung
Nghiên cứu cho thấy nồng độ As từ 0 đến 1500 mg/kg đối với P.vittata và từ 0 đến 900 mg/kg đối với P.calomelanos Kết quả sau 4 tháng thí nghiệm cho thấy, nồng độ As cao hơn làm giảm thời gian sống của cây, tuy nhiên cả hai loài dương xỉ đều có khả năng chống chịu As tốt hơn so với các loài cây khác Đặc biệt, P.vittata cho thấy khả năng chống chịu As vượt trội hơn P.calomelanos Sau 4 tháng, P.vittata tích lũy As từ 307±14,5 đến 6042±101,1 mg/kg ở thân và từ 131±16,5 đến 3756±105,5 mg/kg ở rễ, trong khi P.calomelanos cũng tích lũy được hàm lượng As đáng kể.
885±35,5 ÷ 4034±83 mg/kg ở trong thân và 483±35,9 ÷ 2256±111,9 mg/kg ở trong rễ.
(Nguồn: Luận văn tiến sỉ Bùi Thị Kim Ánh ) http://luanan.nlv.gov.vn/luanan?a=d&d=TTcFlGvDmogK2012.1.6&e= -vi-20 1 img-txIN -#
3.1.1 Nghiên cứu khả năng tích luỹ As theo thời gian của hai loài dương xỉ ( Theo nghiên cứu, báo cáo tiến sĩ của cô B.T.K.Anh)
Bảng 3.1 Lượng As được dương xỉ tách ra khỏi đất
Kết quả từ bảng 3.1 cho thấy, việc trồng đồng thời hai loài dương xỉ này nên được thu hoạch từ tháng thứ 3 đến tháng thứ 4 Trong khoảng thời gian này, cả hai loại cây đã loại bỏ được lượng As nhiều hơn đáng kể so với tháng thứ 2 Cụ thể, cây P.vittata đã loại bỏ 9,8 mg As ở tháng thứ 3 và 15,1 mg ở tháng thứ 4, trong khi cây P.calomelanos loại bỏ được 12,5 mg và 11,7 mg As tương ứng trong cùng thời gian.
3.1.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng n, p đến hiệu quả hấp thu và sinh trưởng của dương xỉ ( Theo nghiên cứu, báo cáo tiến sĩ của cô B.T.K.Anh)
Bảng 3.2 Lượng As được tách ra khỏi đất nhờ dương xỉ ở các công thức bổ sung
(nguồn: http://luanan.nlv.gov.vn/luanan?a=d&d=TTcFlGvDmogK2012.1.6&e= -vi-20 1 img- txIN -#)
Kết quả từ bảng 3.2 cho thấy lượng As được tách ra khỏi đất thông qua khả năng tích lũy trong thân cây sau 4 tháng với nồng độ 800 mg P/kg đất Cây dương xỉ P.vittata thể hiện khả năng tăng trưởng tốt nhất, đạt 4,9±0,8 g sinh khối khô, tiếp theo là các công thức có nồng độ P bổ sung lần lượt là 600 và 400 mg/kg.
Nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung 200 mg/kg phospho (P) có tác động tích cực đến khả năng sinh trưởng của loài dương xỉ P.calomelanos Mặc dù tổng lượng tích lũy arsen (As) ở công thức bổ sung 400 mg P/kg tăng so với các công thức khác, nhưng vẫn thấp hơn so với hàm lượng bổ sung 600 mg/kg Đặc biệt, lượng sinh khối khô của cây ở công thức bổ sung 400 mg P/kg đạt cao nhất với giá trị 5,6±0,6 g, gấp 2,33 lần so với công thức đối chứng.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng loại bỏ As khỏi đất của cây P.vittata được cải thiện tích cực khi bổ sung hàm lượng P Cụ thể, với lượng P ≤ 400 mg/kg đất, cây P.vittata thể hiện hiệu quả cao trong việc loại bỏ As, trong khi đối với cây khác, hàm lượng P tối ưu là dưới 400 mg/kg hoặc trên 600 mg/kg đất.
P.calomelanos thì hàm lượng As được loại bỏ và có sự thay đổi so với đối chứng nhưng không đáng kể Hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất sau 4 tháng thí nghiệm của cây P.vittata là cao nhất (đạt 7,6 mg) khi bổ sung 800 mg P /kg đất, còn cây P.calomelanos đã loại bỏ được 15,1 mg As ở nồng độ bổ sung 600 mgP/kg đất.
Bảng 3.3 Lượng As được tách ra khỏi đất nhờ dương xỉ trong thí nghiệm ảnh hưởng của N
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khả năng sinh trưởng và tích lũy arsenic (As) của cây P.vittata bị ảnh hưởng tích cực bởi hàm lượng nitơ (N) được bổ sung trong thí nghiệm Cụ thể, khi lượng N bổ sung cho cây vượt quá 200 mg/kg, cây cho thấy sự phát triển tốt hơn trong việc hấp thụ As.
P.calomelanos < 200 hoặc > 300 mg/kg thì hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất của cây không cao Nhiều công thức bổ sung N trong khoảng trên thì hiệu quả loại bỏ As còn thấp hơn cả cây Đ/C.
Hiệu quả loại bỏ As của cây dương xỉ P.vittata cao nhất là khi bổ sung từ
100 – 200 mg N /kg đất; với P.calomelanos hiệu quả loại bỏ As tốt nhất đạt
Here is the rewritten paragraph:"Hàm lượng nitơ (N) trong đất đóng vai trò quyết định đến sự phát triển của cây trồng Khi bổ sung 300mg N/kg đất, hàm lượng N đạt 13,9 mg, cho thấy nhu cầu N của từng loại cây là khác nhau Do đó, việc xác định hàm lượng N phù hợp với từng loại cây là rất quan trọng, vì thiếu hoặc thừa N đều có thể làm giảm năng suất của cây trồng."
3.1.3.Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng và tích lũy
As của hai loài Dương Xỉ chọn lọc ( Theo nghiên cứu, báo cáo tiến sĩ của cô B.T.K.Anh)
Hai loại cây P vittata và P calomelanos có hiệu quả khác nhau trong việc loại bỏ arsenic (As) khỏi đất P vittata phát triển tốt ở pH trung tính đến kiềm, với khả năng loại bỏ As cao nhất là 13,8 mg ở pH 7,2 và 9,3 mg ở pH 9,0 Ngược lại, P calomelanos có thể sống ở nhiều điều kiện pH, nhưng hiệu quả loại bỏ As tối ưu xảy ra ở môi trường đất chua, với 10,9 mg As được loại bỏ ở pH 5,1 sau 4 tháng thí nghiệm, trong khi P vittata chỉ có thể tồn tại ở pH này trong 1 tháng.
Bảng 3.4 Hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất nhờ dương xỉ trong thí nghiệm ảnh hưởng của pH
Nhìn chung, pH trung tính là điều kiện lý tưởng cho hai loài dương xỉ trong việc xử lý ô nhiễm Asen trong đất, với hiệu quả loại bỏ As đạt 13,8 mg cho P.vittata và 7,5 mg cho P.calomelanos ở pH 7,2 Đối với đất kiềm, P.vittata là lựa chọn tối ưu, trong khi P.calomelanos là phù hợp cho đất có tính axit Cây có khả năng loại bỏ As cao hơn sẽ làm giảm hàm lượng As còn lại trong đất Kết quả cho thấy ảnh hưởng của pH không có sự chênh lệch đáng kể so với hàm lượng As tổng số, và sau bốn tháng thí nghiệm, hàm lượng As ở dạng hòa tan ban đầu không thay đổi nhiều.